周海濱，姚萍屏，肖葉龍，張忠義，貢太敏，趙 林，鄧敏文，鐘愛文，王 奇

?

銅基粉末冶金摩擦材料特征摩擦組元與基體的界面形成及磨損機理

周海濱，姚萍屏，肖葉龍，張忠義，貢太敏，趙 林，鄧敏文，鐘愛文，王 奇

(中南大學(xué) 粉末冶金國家重點實驗室，長沙 410083)

從界面角度出發(fā)，研究銅基粉末冶金摩擦材料中不同特征摩擦組元與基體組元形成的界面，并深層次探討界面與摩擦表面、亞表面結(jié)構(gòu)、摩擦磨損性能及磨損機理之間的關(guān)系。結(jié)果表明：SiC分別與基體Cu和Fe形成結(jié)合較差的機械結(jié)合界面和反應(yīng)結(jié)合界面，高碳鉻鐵(HCC)與基體Cu形成擴散?機械結(jié)合界面；SiC與HCC均與基體形成含缺陷界面，而裂紋易沿界面缺陷形核擴展，使材料發(fā)生剝層磨損，促進機械混合層(MML)形成。而SiO2與銅基體形成緊密機械結(jié)合界面，使得材料表層SiO2受摩擦力及正壓力的反復(fù)作用發(fā)生破碎剝落，從而導(dǎo)致嚴(yán)重犁削磨損。

界面；摩擦組元；摩擦材料；粉末冶金；機理

銅基粉末冶金摩擦材料是一種由金屬基體、摩擦組元和潤滑組元組成，采用粉末冶金方法制備的多組分復(fù)合材料，因其具有良好的高溫摩擦性能、導(dǎo)熱性能和耐磨性能等，廣泛應(yīng)用于航天航空、高速列車、船舶和工程機械等重載及惡劣工況下的制動器和離合器中[1?4]。在銅基粉末冶金摩擦材料中，基體組元用于提供材料必要的力學(xué)性能和物理化學(xué)性能；潤滑組元則用于改善抗卡滯性能，以保證制動平穩(wěn)性，并提高材料的耐磨性能；而摩擦組元的作用為補償固體潤滑劑的影響及在不損害摩擦表面的前提下增加滑動阻力，提高摩擦因數(shù)，摩擦組元的設(shè)計關(guān)系到銅基粉末冶金材料摩擦性能的優(yōu)劣，為粉末冶金摩擦材料設(shè)計與制備的技術(shù)關(guān)鍵。

摩擦組元的本身特性及其與基體的結(jié)合界面為影響銅基摩擦材料摩擦磨損性能的主要原因。迄今為止，關(guān)于摩擦組元尤其特征摩擦組元的選用及其對粉末冶金摩擦材料性能的影響研究主要從摩擦組元本身特性出發(fā)，以宏觀角度闡述，如在鐵基摩擦材料中以SiC顆粒作摩擦劑較為合適，而在銅基摩擦材料中加入SiO2較好；SiO2對提高摩擦因數(shù)，降低磨損有一定作用，但其含量不能太大，否則易造成基體強度的降低和對偶的磨損加大；SiC可提高摩擦性能，但過高含量或過小粒徑的SiC會破壞基體的強度，易發(fā)生剝落，加劇材料的磨損[5?6]。從微觀角度來看，摩擦組元與基體間的結(jié)合界面對摩擦磨損性能的影響研究則主要集中于摩擦組元表面改性對材料性能的影響，如樊振 軍[7]和王德寶[8]對SiC進行表面改性處理，材料抗磨損性能得到顯著提高；KENNEDY等[9]與HU等[10]研究了表面改性后的摩擦組元對復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響；李國祿等[11]和趙翔等[12]分別對B4C及Al2O3進行表面涂覆，基體耐磨性顯著提高；LIANG等[13]則通過調(diào)控Cu-Ti-C體系增強相中Cu的含量，控制了增強相與鋼基體的界面結(jié)合，同樣提高了材料整體的耐磨損性能。目前的界面研究未對摩擦組元與基體形成的本征界面進行細致劃分與詳細論述，也未能從微觀角度闡述界面與材料摩擦磨損性能及磨損機理的關(guān)聯(lián)性。

因此，本文作者選取3種特征摩擦組元(SiC、SiO2和高碳鉻鐵(HCC))作為研究對象，針對不同特征摩擦組元與基體形成的界面及其對摩擦磨損性能的影響開展了一系列的研究，細致探討界面與表面、亞表面、摩擦性能與磨損性能之間的關(guān)系，旨在為粉末冶金摩擦材料組成設(shè)計的理論化及摩擦組元的作用機制探索提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料制備

采用的原材料及其主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。按表1所列的比例稱取粉末，在V型混料機中混合6~8 h；在500~600 MPa的壓力下冷壓成形后，將壓坯置于加壓燒結(jié)爐中進行加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度(930±10) ℃，燒結(jié)壓力2.0 MPa，保溫時間3 h。

表1 材料的化學(xué)成分

1.2 性能測試

采用MM?1000型摩擦試驗機進行摩擦磨損性能測試，實驗條件為轉(zhuǎn)速6000 r/min、制動壓力0.6 MPa、轉(zhuǎn)動慣量2.5 kg·m2。借助KYKY?2800掃描電子顯微鏡與?掃描電子顯微鏡分別觀察分析材料界面和摩擦材料摩擦表面/亞表面的形貌及結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果與討論

2.1 特征摩擦組元與基體形成的界面

2.1.1 SiC與基體形成界面

圖1(a)所示為添加SiC時材料的顯微形貌圖。由圖1(a)可見，黑色大塊狀物質(zhì)為SiC，暗灰色物質(zhì)為Fe，SiC與Cu的結(jié)合界面處存在孔隙(見區(qū)域)，其與基體形成機械結(jié)合。由圖1(b)可以看出(圖1(a)中區(qū)域放大圖)，SiC與Fe接觸處形成明暗相間條紋區(qū)，對明暗兩相進行EDS分析，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)明暗條紋構(gòu)成元素相同，且其中Fe與Si的摩爾比約為3:1；但與明相(圖1(b)中點)相比，暗相(圖1(b)中點)中C的含量更高。

圖1 含SiC材料的顯微組織與反應(yīng)產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果

在本研究條件下，SiC與基體Cu不發(fā)生反應(yīng)，且二者之間潤濕性較差，因此，SiC與基體Cu僅形成較弱機械結(jié)合界面(區(qū)域)。而SiC與基體Fe間生成了Fe3Si與石墨，形成明暗交替的反應(yīng)區(qū)。這是由于當(dāng)燒結(jié)溫度超過800 ℃時，SiC與Fe易發(fā)生反應(yīng)，形成FeSi型金屬間化合物，其中Fe3Si與SiC生成焓差最高(?22.7 KJ/mol)[14?17]，其生成產(chǎn)生的高能量足以克服強Si—C鍵引起的反應(yīng)阻力，因此，SiC與Fe接觸界面優(yōu)先生成Fe3Si所導(dǎo)致。其反應(yīng)方程式如式(1)所示：

而本試驗的燒結(jié)溫度為(930±10) ℃，滿足Fe3Si的生成條件，故最終導(dǎo)致Fe3Si與石墨于SiC/Fe界面產(chǎn)生。且由于明暗交替的反應(yīng)區(qū)中含有較高含量的石墨，導(dǎo)致該區(qū)域脆性較高，易成為裂紋擴展源，因此，SiC與基體Fe形成的界面強度較低。

SiC分別與基體Cu及基體Fe形成機械結(jié)合與反應(yīng)結(jié)合界面，因此，可以認(rèn)為其與基體形成機械?反應(yīng)混合結(jié)合界面。

2.1.2 SiO2與基體形成的界面

圖2所示為添加了SiO2材料的界面SEM像。由圖2可見，SiO2與基體結(jié)合良好，結(jié)合界面處無明顯孔隙等缺陷。SiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與任何添加組元反應(yīng)，且其與基體Cu潤濕性較好，形成緊密的機械結(jié)合。最終，SiO2與基體形成緊密機械結(jié)合界面。

圖2 SiO2與銅基體界面的SEM像

2.1.3 高碳鉻鐵與基體形成的界面

圖3所示為添加高碳鉻鐵(HCC)材料經(jīng)燒結(jié)后的SEM像。由圖3可看出，HCC主要由兩相構(gòu)成：一種為深色塊狀相；另一種則為細粒蠕蟲狀的交織共晶相。利用能譜分析兩相與基體形成界面處的元素分布，認(rèn)為深色粗大相與基體接觸處的元素含量突變，形成機械結(jié)合界面；而在交織共晶相與基體接觸處，金屬元素含量梯度變化，形成擴散結(jié)合界面。

高碳鉻鐵來源于經(jīng)處理的鉻鐵礦石，其具備復(fù)雜的化學(xué)成分與顯微組織。通過高碳鉻鐵的XRD分 析(見圖4)及查找文獻[18]對比，發(fā)現(xiàn)深色塊狀相為(Cr,Fe)7C3，淺色交織相要由CrFe、Cr23C6構(gòu)成。其中(Cr,Fe)7C3與Cr23C6都為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙相化合物，不易與Cu發(fā)生互擴散。而CrFe本質(zhì)為固溶Cr元素的鐵素體，在高溫下與Cu發(fā)生少量擴散。因此，高碳鉻鐵與基體Cu形成機械?擴散結(jié)合界面。

圖3 高碳鉻鐵的SEM像及EDS分析

圖4 高碳鉻鐵粉末的XRD譜

2.2 界面類型對摩擦材料表面/亞表面的影響

特征摩擦組元與基體形成不同的結(jié)合界面，其差異為導(dǎo)致摩擦材料摩擦亞表面及表面形貌變化的主要原因。圖5所示為3種材料的經(jīng)摩擦試驗后的亞表面SEM像。按機械混合層的厚度排序，由圖5可知，含SiO2的樣品2表面未形成機械混合層(Mechanical mixed layer, MML)，僅形成塑性變形層(Plastic deformation layer, PDL)，其PDL層較為連續(xù)，且與基體結(jié)合緊密；含HCC的樣品3形成連續(xù)、較薄的機械混合層，但未形成連續(xù)的塑性變形層；而含SiC的樣品1形成最厚的機械混合層和塑性變形層，其中MML層較為疏松，PDL層出現(xiàn)大量裂紋。

圖5 不同材料的摩擦亞表面的SEM像

含SiO2摩擦組元材料的亞表面形貌形成與緊密機械結(jié)合界面(SiO2/基體)及SiO2本身性質(zhì)相關(guān)。由于SiO2與基體Cu潤濕性較好，與基體Cu形成緊密的機械界面結(jié)合，起顆粒強化作用，有效提高摩擦材料的抗塑性變形能力，最終導(dǎo)致亞表面形成較薄塑性變形層。而SiO2顆粒易碎，在摩擦過程中，大量破碎的SiO2顆粒劇烈犁削摩擦材料表面，抑制機械混合層形成，導(dǎo)致最終含SiO2材料的亞表面形成僅含塑性變形層與基體層的二層結(jié)構(gòu)。

在含高碳鉻鐵的樣品3中，(Cr,Fe)7C3與基體Cu潤濕性較差，較難形成強機械結(jié)合，因而易成為裂紋的形核與擴展源。當(dāng)裂紋擴展交匯時易形成含有的大量Cu 、Fe及石墨等易變形組分剝層磨屑(見圖6)，于摩擦界面受反復(fù)碾壓，最終在未剝落表面形成械混合層。且由于高碳鉻鐵與基體Cu形成機械?擴散結(jié)合界面，雖存在界面缺陷，界面強度仍較高，提升材料的抗塑性變形能力，導(dǎo)致亞表面無法形成連續(xù)的塑性變形層。故添加高碳鉻鐵的樣品3表層最終出現(xiàn)含機械混合層?不連續(xù)塑性變形層?基體層的不完全三層結(jié)構(gòu)。

圖6 樣品3磨屑的SEM像及EDS分析

含SiC摩擦材料中，SiC與基體Cu潤濕性較差，形成弱機械結(jié)合界面，而SiC與基體Fe發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)結(jié)合界面。因此，與含高碳鉻鐵的摩擦材料相比，含SiC摩擦組元的材料中裂紋更易萌生與擴展，引起大量剝層磨損發(fā)生，導(dǎo)致較厚機械混合層形成。同時，由于SiC與基體形成機械?反應(yīng)結(jié)合界面，界面強度較低，摩擦材料抗塑性變形能力較差，造成完整塑性變形層產(chǎn)生。最終，添加SiC摩擦組元的摩擦材料的亞表面形成含完整機械混合層、塑性變形層及基體層的完整三層結(jié)構(gòu)。

與亞表面對應(yīng)的材料表面形貌如圖7所示。含SiO2的樣品2由于表面未形成機械混合層，導(dǎo)致材料表面發(fā)生劇烈犁削磨損，如圖7(a)所示，樣品2的表面磨損形貌以犁溝為主。而含高碳鉻鐵與SiC材料在摩擦過程中均發(fā)生剝層，在摩擦表面形成剝層凹坑，并導(dǎo)致機械混合層產(chǎn)生，降低了摩擦材料表面受到的犁削，但由于高碳鉻鐵形成的機械混合層較薄，不能完全保護材料基體，故含高碳鉻鐵的樣品3的表面存在大量剝層凹坑及少量犁溝。含SiC的樣品1的表面形成較厚機械混合層，極大地降低了材料表面所受的犁削，因此，樣品磨損表面形貌主要以剝層凹坑為主，如圖7(c)所示?？梢哉J(rèn)為，隨著機械混合層厚度的增加，犁削磨損減弱，剝層磨損加強。

圖7 材料摩擦表面的SEM像

2.3 界面對材料摩擦磨損性能及摩擦磨損機理的 影響

圖8所示為材料的摩擦磨損性能。由圖8可知，含SiO2的材料摩擦因數(shù)最高，而含高碳鉻鐵材料摩擦因數(shù)略高于含SiC材料的。相比于摩擦因數(shù)，不同材料耐磨損性能差異較大，含SiO2的材料磨損量最高，而含HCC及SiC的材料磨損量相對較低且相近。

圖8 材料的摩擦因數(shù)及磨損損失

摩擦材料的摩擦磨損性能受特征摩擦組元與基體界面特性影響。SiC及高碳鉻鐵分別與基體形成機械?反應(yīng)結(jié)合界面和機械?擴散結(jié)合界面，此二種界面均具有明顯的界面缺陷，促進具有機械混合層結(jié)構(gòu)的亞表面產(chǎn)生。根據(jù)修正粘著摩擦理論[19]：

與摩擦因數(shù)類似，磨損量也與特征組元及基體形成的界面特性相關(guān)。樣品1和樣品3摩擦表面形成的機械混合層有效避免了材料基體的進一步磨損。而未形成機械混合層的樣品2表面受對偶微凸體及硬質(zhì)第三體劇烈犁削，導(dǎo)致犁削磨損大量發(fā)生(見圖8(b))。

材料的磨損機制受多方面影響。含SiC材料主要發(fā)生剝層磨損，且其磨損主要由兩種不同的剝落方式造成：第一種為塑性變形層裂紋失穩(wěn)擴展導(dǎo)致的淺剝層，其示意圖和SEM像如圖9(a)和(b)所示，塑性變形層的裂紋源于塑性變形過程中的位錯堆積，其易沿弱界面、孔隙擴展。隨著摩擦過程的進行，當(dāng)幾條擴展裂紋交匯時，材料發(fā)生剝層磨損，形成淺剝落凹坑。第二種剝落方式與SiC與Fe形成的界面相關(guān)，即裂紋于SiC/Fe弱界面萌生且擴展而導(dǎo)致的剝落。如圖9(c)和(d)所示，靠近塑性變形層SiC/Fe反應(yīng)結(jié)合界面易萌生裂紋，在交變應(yīng)力的作用下裂紋易失穩(wěn)擴展，當(dāng)裂紋擴展到表面時，材料發(fā)生剝落，形成較深的剝落坑。

圖9 樣品1的兩種剝落方式示意圖及剝落SEM像

含高碳鉻鐵材料的主要磨損機制則為剝層及少量犁削磨損，其中剝層磨損由界面缺陷引起，而犁削磨損由硬質(zhì)第三體犁削基體所致。如圖10所示，隨著摩擦的進行，裂紋于機械界面((Cr,Fe)7C3/Cu界面)缺陷處形核并沿機械界面擴展，當(dāng)裂紋擴展到機械結(jié)合界面與擴散結(jié)合界面交接處時，由于擴散界面強度高，導(dǎo)致裂紋轉(zhuǎn)向基體中繼續(xù)擴展，當(dāng)多條擴展裂紋交匯時，材料發(fā)生大塊剝落。

圖10 樣品3的剝落機制示意圖及實際剝層磨損SEM像

含SiO2材料主要發(fā)生犁削磨損。這是由于SiO2硬而脆且與基體形成具有一定強度的緊密機械結(jié)合界面，在摩擦應(yīng)力的作用下，分布于樣品2摩擦表面的SiO2發(fā)生破碎脫落，在摩擦界面形成大量硬質(zhì)第三體，最終引起犁削磨損。

3 結(jié)論

1) 在銅基粉末冶金摩擦材料中，特征摩擦組元SiC與基體Cu和基體Fe形成結(jié)合較差的機械結(jié)合界面和反應(yīng)結(jié)合界面，SiO2與基體Cu形成緊密機械結(jié)合界面；高碳鉻鐵則與基體Cu產(chǎn)生機械?擴散結(jié)合界面。

2) 完整的摩擦亞表面由機械混合層、塑性變形層及基體層組成。

3) 機械?反應(yīng)結(jié)合界面和機械?擴散結(jié)合界面具有缺陷，促進機械混合層的產(chǎn)生，而緊密機械結(jié)合界面則阻礙機械混合層形成。

4) 緊密機械結(jié)合界面(SiO2/Cu)與機械?反應(yīng)結(jié)合界面(高碳鉻鐵/Cu)強度相對較低，對摩擦材料顆粒強化效果有限，促進塑性變形層的形成；機械?擴散結(jié)合界面中，擴散結(jié)合界面強度較高，提高材料的抗塑性變形能力，抑制塑性變形層產(chǎn)生。

5) 機械?反應(yīng)結(jié)合界面和機械?擴散界面促進機械混合層產(chǎn)生，降低摩擦材料的摩擦因數(shù)與磨損量，此時，摩擦材料的主要磨損機制為剝層磨損；緊密機械結(jié)合界面阻礙機械混合層形成，導(dǎo)致材料摩擦因數(shù)及磨損率最高，此時，摩擦材料的磨損機理以犁削磨損為主。

REFERENCES

[1] FIDOLJINGE И М. 現(xiàn)代摩擦材料[M]. 徐潤澤, 黃國偉, 李金鵬譯. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1983: 5?30.
FIDOLJINGE И М. Modern friction material[M]. XU Run-ze, HUANG GUO-wei, LI Jin-peng, transl. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1983: 5?30.

[2] 肖葉龍, 姚萍屏, 貢太敏, 趙 林, 譚慧強, 靳宗向. 石墨與 MoS2配比對空間對接用摩擦材料性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2012, 22(9): 2539?2545.
XIAO Ye-long, YAO Ping-ping, GONG Tai-min, ZHAO Lin, TAN Hui-qiang, JIN Zong-xiang. Effects of proportion of graphite and MoS2on performances of space docking friction material[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(9): 2539?2545.

[3] XIAO Y L, YAO P P, ZHOU H B, ZHANG Z Y, GONG T M, ZHAO L, ZUO X T, DENG M W, JIN Z X. Friction and wear behavior of copper matrix composite for spacecraft rendezvous and docking under different conditions[J]. Wear, 2014, 320: 127?134.

[4] 佘直昌, 姚萍屏, 樊坤陽, 丁 莉. 低溫玻璃粉對風(fēng)電機組用銅基摩擦材料性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2011, 36(6): 12?16.
SHE Zhi-chang, YAO Ping-ping, FAN Kun-yang, DIN Li. Effect of the low melting glass powder on copper matrix friction material used in wind turbine generator system[J]. Lubrication Engineering, 2011, 36(6): 12?16.

[5] 周海濱, 姚萍屏, 肖葉龍, 張忠義, 陳凌寒, 貢太敏, 趙 林, 左曉婷. SiC顆粒強化銅基粉末冶金摩擦材料的表面形貌特征及磨損機理[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2014, 24(9): 2272?2279.
ZHOU Hai-bin, YAO Ping-ping, XIAO Ye-long, ZHANG Zhong-yi, CHEN Ling-han, GONG Tai-min, ZHAO Lin, ZUO Xiao-ting. Topographical characteristics and wear mechanism of copper-based powder metallurgy friction materials reinforced by SiC particle[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(9): 2272?2279.

[6] 戈曉嵐, 許曉靜, 蔡 蘭, 陳康敏, 居志蘭. SiCp含量和尺寸對Al 基復(fù)合材料摩擦學(xué)特性的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2005, 15(3): 458?462.
GE Xiao- lan, XU Xiao-jing, CAI Lan , CHEN Kang-min, JU Zhi-lan. Effect of grain size and content of SiCpon tribology characterization of SiCp/Al composites[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2005, 15(3): 458?462.

[7] 樊振軍. SiC/Fe基復(fù)合材料摩擦磨損性能測試及機理探究[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2002.
FAN Zhen-jun. A study on the wear and friction properties as well as the wear mechanisms of SiC/Fe based composites[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2002.

[8] 王德寶. 高性能耐磨銅基復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2008.
WANG De-bao. Research on the preparation and performance of advanced wear-resistant copper matrix composites[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2008.

[9] KENNEDY F E, BALBAHADUR A C, LASHMORE D S. The friction and wear of Cu-based silicon carbide particulate metal matrix composites for brake applications[J]. Wear, 1997, 203: 715?721.

[10] HU M, ZHANG Y L, GAO J, LIU Y J. The micro-structure and wear behavior of the SiCp/Cu composites before and after chemical plating[J]. Advanced Materials Research, 2013, 706: 344?348.

[11] 李國祿, 姜信昌, 溫 鳴, 曹曉明, 呂玉申. 碳化硼顆粒增強Cu基復(fù)合材料的研究[J]. 材料工程, 2001(8): 32?35.
LI Guo-lu, JIANG Xin-chang, WEN Ming, CAO Xiao-ming, Lü Yu-shen. Studies of B4C particles reinforced copper matrix composite[J]. Material Engineering, 2001(8): 32?35.

[12] 趙 翔, 郝俊杰, 于 瀟, 彭 坤. Al2O3顆粒鍍銅對銅基粉末冶金摩擦材料Al2O3-Fe-Sn-C/C摩擦磨損性能的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報, 2015, 32(2): 451?457.
ZHAO Xiang, HAO Jun-jie, YU Xiao, PENG Kun. Effects of Cu-plating for Al2O3particles on friction and wear properties of Cu-based powder metallurgy friction material Al2O3-Fe- Sn-C/Cu[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2015, 32(2): 451?457.

[13] LIANG Y H, ZHAO Q, HAN Z W, ZHANG Z H, LI X J, REN L Q. Microstructures and wear behavior of the TiC ceramic particulate locally reinforced steel matrix composites from a Cu–Ti–C system[J]. ISIJ International, 2015, 55(1): 319?325.

[14] 湯文明, 鄭治祥, 丁厚福. Fe/SiC界面反應(yīng)機理及界面優(yōu)化工藝研究的進展[J]. 兵器材料科學(xué)與工程, 1999, 22(4): 64?68.
TA Wen-ming, ZHENG Zhi-xiang, DING Hou-fu. Progress in studies of the interface reaction and the interface optimization of Fe/SiC system[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 1999, 22(4): 64?68.

[15] SCHIEPERS R C, LOO F J, WITH G D. Reactions between alpha-silicon carbide ceramic and nickel or iron[J]. Journal of the American Ceramic Society, 1988, 71(6): 284?287.

[16] 湯文明, 鄭治祥, 丁厚福, 金志浩. SiC/Fe界面固相反應(yīng)模型[J]. 無機材料學(xué)報, 2003, 22(4): 885?891.
TANG Wen-ming, ZHENG Zhi-xiang, DING Hou-fu, JIN Zhi-hao. A model of the solid state reaction of SiC/Fe[J]. Journal of Inorganic Materials, 2003, 22(4): 885?891.

[17] 趙紅順. Fe3Si基金屬間化合物的制備與抗氧化性能研究[D]. 蘭州: 蘭州理工大學(xué), 2008.
ZHAO Hong-shun. Preparation of Fe3Si based intermetallic compounds and investigation of their oxidation resistance[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2008.

[18] 陳 津, 王 龍, 林萬明, 李 凱, 鄧永光. 高碳鉻鐵顯微結(jié)構(gòu)及其對固相脫碳的影響[J]. 電子顯微學(xué)報, 2013, 32(2): 105?114.
CHEN Jin, WANG Long, LIN Wan-ming, LI Kai, DENG Yong-guang. Microstructure of high-carbon ferrochrome and its effects on the solid phase decarburization[J]. Journal of Chinese Electron Microscopy Society, 2013, 32(2): 105?114.

[19] BOWDEN F P, TABOR D. The friction and lubrication of solids[M]. Oxford: Clarenden Press, 1964: 64?98.

(編輯 王 超)

Interface formation and wear mechanism between characteristic friction components and base components of Cu-based powder metallurgy friction materials

ZHOU Hai-bin, YAO Ping-ping, XIAO Ye-long, ZHANG Zhong-yi, GONG Tai-min, ZHAO Lin, DENG Min-wen, ZHONG Ai-wen, WANG Qi

(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)

From the view of interface, the effects of interface formed between friction components and Cu matrix on friction and wear mechanism and the relationships among the microstructure of friction surface or sub-surface, friction and wear mechanism of copper matrix composite prepared by powder metallurgy method were investigated. The results show that the reaction bonding interface and mechanical bonding interface form between SiC/Cu and SiC/Fe matrix interface, respectively. The mechanical-diffuse bonding interface forms between high-carbon chromite(HCC) and Cu matrix. The defect of both interfaces lends to the development of crack which takes responsibility for occurrence of delamination and promotes the formation of the mechanical mixed layer(MML). The complete mechanical bonding interface forms between SiO2/Cu matrix. However, fragile SiO2broken by repeated pressure is the main reason that the severe plough appears on the friction surface.

interface; friction component; friction material; powder metallurgy; wear mechanism

Projects(51175516, 51475476) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (621020006) supported by the State Key Laboratory for Powder Metallurgy, China; Project (2015zzts029) supported by the Fundamental Research Funds for Central Universities of Central South University, China

2015-02-09; Accepted date:2015-11-02

YAO Ping-ping: Tel: +86-731-88876614; E-mail: ppyao@csu.edu.cn

1004-0609(2016)02-0328-09

TG135

A

國家自然科學(xué)基金資助項目(51175516，51475476)；國家重點實驗室開放課題(621020006)；中南大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助(2015zzts029)

2015-02-09；

2015-11-02

姚萍屏，教授，博士；電話：0731-88876614; E-mail: ppyao@csu.edu.cn